【doc】硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用

硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应

用

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谢十.计算.研究'

硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用

清华大学朱辉

北京轻型汽车有限公司面

北京理工大学程昌圻

6争

【Abstract]The}1ardware—in—the一1o0psimdationtechnicsmaybeadopindevdopmentofamamo~h~mtrol systemtotthesoftwareandha|doftheamtrolsystem.Thehardware—in—the—lov9simulationisalsoclassified

andseveraXt)tpjapplicat[ortexamplesofthehm-dwat-e—in—the—l∞psimulation81"egivninthe..uofdevelopmtmt

.ftheautomobilecontrolsystem.

【摘要】在汽车控制系统开发中.采用硬件在环仿真技术可以对控制系统软硬件进行测试.对硬件在环仿真进

行了分类,给出了汽车控制系统开发过程中硬件在环仿真几种典型应用实例. Topicwords:Simulation-Controlsystem

.概述主题电等毳控制输入输出

汽车是一个高度复杂的系统,对该系统进行综

台控制已成为技术发展的必然趋势.采用动态仿真

和硬件在环仿真技术可提高重复设计的效率.纯软

件动态仿真是优化系统设计的最佳方案.设计者可

以通过改变控制系统参数来观察系统性能的变化.

模型实时执行实现了硬件在环仿真.通过将系统中

关键硬件与复杂的仿真模型集成,可进行各种测试和性能评估.纯软件的动态仿真和硬件在环仿真技术的结台是传统工程试验方法的重大发展.

硬件在环仿真是指被仿真环节中存在实物硬件

的实时动态仿真技术,与一般动态仿真的区别是: a.硬件在环仿真模型的时间标尺t相等,需

要采用实时仿真算法,而动态仿真则不用.

b.硬件在环仿真对硬件系统性能要求高,需

要有信号输入,输出接口.而动态仿真则不用.

硬件在环仿真的主要类型是控制系统硬件在环

仿真,如发动机电子控制单元硬件在环仿真是以发动机为计算模型,电子控制单元为实物;防抱死电子控制单元硬件在环仿真是以防抱死系统中的液力执行机构为计算模型.电子控制单元为实物.

蚰年代初,发动机控制单元(简称ECU)基本上

采用8位微处理器.只能控制发动机空燃比,点火正时等发动机最基本的参数L1J.到9O年代.已开始使用多个32位微处理器进行动力和传动系统控制,控制器不仅要执行更加复杂的控制算法.而且要同时进行多个系统的综合控制.控制软件不仅要进行数据输入,输出测试,还要进行信息输入输出的测试及1998年第l2期

信号的类型和正时关系比较复杂,信号发生器的信号源不能满足要求.而在实际被控对象上进行测试存在费用高,时间长,条件不确定等因素.随着计算

机技术的发展,开始使用硬件在环仿真技术进行控制系统软硬件的开发和测试L4J.由于采用现代化软件工程方法.使ECU硬件在环仿真技术的应用渗透到ECU软件开发的各个阶段.ECU硬件在环仿

真系统成为ECU开发过程中的主要开发工具之一. 图1是以发动机电子控制单元为例对ECU开发过程及其各阶段所用工具的简单概括.

ECU开发在不同的设计阶段需要不同形式的

仿真.在控制系统原理性设计阶段.为了减少仿真

费用与难度,可以进行非实时性全数字动态仿

真【5l6J.由图1可见,在ECU使用之前必须进行台架试验和整车试验,以获取标定数据和对系统软硬件进行最后确认.

进行ECU硬件在环仿真可以降低试验费用,缩

短ECU开发周期.ECU硬件在环仿真的作用有以下几点:

a.进行ECU软硬件测试和验证.

b.提供试验系统实时监测数据.监控试验对

象,执行器,传感器等的动态特性.

e.可以进行在实际中不可能或不易进行的试

验,如故障模拟,故障诊断软件测试及紧急状况的处理等.

d.可以研究不同控制算法对控制器品质的影

响.

设计?计算?研究

开始

发动机,传动系,控

制系统夸数字仿真

控制系统原型开发

ECU硬件在

环实时仿真

卜学摸1=—=

:塑笙!I—1兰三竺竺

h巫环仿真系统lL二.二=二二二

1.台架试验获得ECUlI1.发动机台架试I卜一

所需发动机优化数据I--I验用控制系统H第四阶段2.ECU台架试睦Il2.DcU开发系统I

求I

图1ECU开发过程及所用开发工具

e.试验重复性好.可以分别研究每个参数变

化对性能的影响.

图2为硬件在环仿真的构成形式.ECU为实

物.发动机,驱动系,传感器,执行器等为模型,主要

用于ECU的开发与测试.可以将部分或全部执行

器以实物的形式参与仿真,用于研究传感器,执行器的实际性能对系统整体性能的影响以及测试信号处理电路与执行器驱动电路的动态特性.

图2硬件在环仿真的构成

2应用实例

2.1测试汽油机的ECU系统

德国勃朗施威格工业大学电子测量技术和基础

电子技术学院的威施明(U.Varchmin)教授等人开

发了汽车信号发生器(简称M0SIG),90年代第一

次发表文章_7J简要介绍了MOSIG的功能及其硬件结构,M0SIG即可以与PC机通过RS一232串行通讯口联机使用,也可独立使用.其CPU是l6位的

M一96系列单片机.1994年在MTZ上发表文

章L8J再一次介绍MOSIG,MOSIG的硬件结构没变, 只是增加了PC机上软件的功能.其发动机模型是

基于三维特性图的准线性模型,通过查表与插值来

计算发动机输出参数,并且在PC机上可以利用数